[論文レビュー] Molecular gas in NUclei of GAlaxies (NUGA). XI. A complete gravity torque map of NGC4579: new clues on bar evolution

S. García‐Burillo, S. Fernández-García+7 more|Oct 27, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用数 32

ひとこと要約

本研究は、パラチー・ド・ブール干渉計による高分解能CO(1–0)およびCO(2–1)干渉計データとKバンドの星形成構造を用いて、NGC 4579の円盤における重力トロークをマッピングし、kpcスケールから50 pcまで、複数の力学的モード（棒、楕円形、スパイラル）が協調的に作用してガスの内向き流入を駆動していることを明らかにした。主な発見は、大規模な棒と内側の楕円形構造からの負のトロークが、分子ガスをAGNに効率的に供給しており、1–3回転周期という短い時間スケールでの燃料供給（50 pcにおける流入速度は約8×10⁻³ M☉ yr⁻¹）の直接的証拠を示している。この流入速度は、LINER/Seyfert 1.9核を駆動するのに十分である。

ABSTRACT

We create a complete gravity torque map of the disk of the LINER/Seyfert 1.9 galaxy NGC4579. We quantify the efficiency of angular momentum transport and search for signatures of secular evolution in the fueling process from r~15kpc down to the inner r~50pc around the Active Galactic Nucleus (AGN). We use both the 1-0 and 2-1 line maps of CO obtained with the Plateau de Bure Interferometer (PdBI) as part of the NUclei of Galaxies-(NUGA)-project. We derive the stellar potential from a NIR (K band) wide field image of the galaxy. The K-band image, which reveals a stellar bar, together with a high resolution HI map of NGC4579 obtained with the Very Large Array (VLA), allow us to extend the gravity torque analysis to the outer disk. The bulk of the gas response traced by the CO PdBI maps follows the expected gas flow pattern induced by the bar potential in the presence of two Inner Lindblad Resonances (ILR). We also detect an oval distortion in the inner r~200pc of the K-band image. The oval is not aligned with the large-scale bar, a signature of dynamical decoupling. The morphology of the outer disk suggests that the neutral gas is currently piling up in a pseudo-ring formed by two winding spiral arms that are morphologically decoupled from the bar structure. In the outer disk, the decoupling of the spiral allows the gas to efficiently produce net gas inflow on intermediate scales. The corotation barrier seems to be overcome due to secular evolution processes. The gas in the inner disk is efficiently funneled by gravity torques down to r~300pc. Closer to the AGN, the two m=2 modes (bar and oval) act in concert to produce net gas inflow down to r~50pc, providing a clear smoking gun evidence of fueling with associated short dynamical time-scales.

研究の動機と目的

• NGC 4579の円盤において、約15 kpcから50 pcまでの空間スケールにわたる、完全な重力トローク分布をマッピングすること。
• 恒星進化プロセスがコリレーション障壁を克服し、AGNの燃料供給を可能にする仕組みを解明すること。
• 複数の力学的モード（棒、楕円形、スパイラル）が協調的に作用して角運動量輸送と燃料供給を駆動するかを特定すること。
• ガスの内向き流入効率を定量的に評価し、重力トロークと粘性が短い動的時間スケールで観測されたAGN活動を維持できるかを検証すること。
• ガス構造と星形成構造（例：棒、楕円形、スパイラル腕）の運動学的・形態的分離を分析し、パターン速度の違いと力学的進化を推定すること。

提案手法

• IRAMパラチー・ド・ブール干渉計を用いて、2.0×1.3 arcsecおよび1.0×0.6 arcsecの分解能で高分解能CO(1–0)およびCO(2–1)ラインマップを取得し、短距離補正はIRAM-30mデータから得た。
• NGC 4579のKバンド広角画像から星形成ポテンシャルを導出し、12 kpc径の中程度の強度の棒と、内側200 pcに位置するネストされたずれを伴う楕円形構造を特定した。
• COマップとVLAによる高分解能HIマップを統合し、外側円盤（r ≥ 2 kpc）における中性ガスをトレースした。その結果、ねじれを伴うスパイラル腕によって形成された擬似リングが特定された。
• 星形成ポテンシャルとガスの運動学的データを用いて重力トロークを計算し、内向き流入（負のトローク）領域および共鳴構造（例：ILR、UHR）を同定した。
• 棒と楕円形のパターン速度を、その空間的形状と共鳴半径（例：iILRは約500 pc、oILRは約1.3 kpc、UHRは約3.8 kpc）の比較から推定した。
• 重力トローク予算を統合して、半径領域ごとの内向き流入速度を計算し、AGNの必要燃料供給速度と星形成速度とを比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重力トロークは、NGC 4579の円盤でどのように複数スケールにわたってガスの内向き流入を駆動するか？
• RQ2 大規模な棒、内側の楕円形、外側のスパイラル腕の間の力学的分離は、コリレーション障壁を超えてガス輸送を可能にするか？
• RQ3 棒と内側の楕円形の共同作用が、短い動的時間スケールでAGNにガスを効率的に供給するためのネット負のトロークをどれほど生じるか？
• RQ4 約50 pcにおける観測された流入速度は、このLINER/Seyfert 1.9銀河の現在のAGN活動を説明できるか？
• RQ5 共鳴の位置（例：UHRは約3.8 kpc、ILRは約500および1.3 kpc）は、観測されたガスの形態と運動学とどのように関係しているか？

主な発見

• 内側円盤（r ≤ 2 kpc）のガスは2本のスパイラル腕、外側のリング、および中心部の非対称なディスクに分布しており、2つの内リンブレッド共鳴（iILR：約500 pc、oILR：約1.3 kpc）を伴う棒駆動の流れと整合的である。
• 内側の楕円形歪み（r ~ 200 pc）は大規模な棒とはずれているため、力学的分離が生じており、おそらく楕円形のパターン速度が棒よりも高いことが原因である。
• 外側円盤では、r ≥ 4 kpcに中性ガスの擬似リングが存在し、ねじれを伴う2本のスパイラル腕によって形成されている。これは棒とは形態的に分離しており、異なるパターン速度を示し、約3.8 kpcに位置する超高調共鳴（UHR）付近でガスが効率的に蓄積されていることを示唆している。
• 外側円盤（r ≥ 2 kpc）における重力トロークは、恒星進化によってコリレーション障壁を克服し、UHR領域へのガスの内向き流入を駆動している。ガスの流入はr ~ 3.8 kpcでトロークが無視できるほど小さくなるため停止する。
• 内側円盤（r ≤ 2 kpc）では、重力トロークが効率的にガスをr ~ 300 pcまで内向きに運び、負の質量供給予算が約–1.5 M☉ yr⁻¹に達しており、これは局所の星形成速度を10倍以上上回っている。
• AGNに近い領域（r < 200 pc）では、棒と内側の楕円形からのトロークの共同作用により、r ~ 50 pcまで負のトロークが継続し、流入速度が約8×10⁻³ M☉ yr⁻¹に達する。この流入速度は、動的時間スケール（約1–3回転周期）で観測されたAGN活動を駆動するのに十分である。